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打造油气装备制造“智”高点

日期:2023-08-29    来源:中国能源报  作者:曲田田

国际燃气网

2023
08/29
11:05
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关键词: 油气装备 油气开采 页岩气勘探

在杰瑞股份(下称“杰瑞”)的石油装备厂区里,一台台测试中的装备产品整装待发。每隔一段时间,这里的装备就会更新一批,奔赴国内及全球各大油气田,为油气开采提供高效助力。

今年初,由杰瑞自主研发制造的全球首台连续工况8000型电驱压裂橇、全球首台电驱智能连续油管设备和自主研发制造的数字化集控指挥中心等油气装备悉数亮相。这些在数字化、信息化技术不断迭代发展下的大型智能装备,将去往各大油气田现场安营扎寨,为油气田高效和智慧开采提供支撑。

油气工程装备是先进制造技术、信息技术和新材料技术等高新技术的综合体。随着“中国制造2025”计划的实施,“中国智造”的发展方式和概念不断深入,油气装备制造企业也一直通过各种智能化手段,帮助油气田提高生产效率、降低运营成本,并在技术研发等方面持续发力,应对诸多挑战。杰瑞持续突破行业痛点,通过对装备设备的全生命周期数字化、智能化运行,将技术转化为成果,为增储上产和能源绿色高效开发贡献“智”慧。

量体裁衣,勘探利器显实力

在四川威远县的页岩气新井场,杰瑞装备机械事业部副总经理王继鑫正在巡场,帮助发现和解决页岩气田勘探开发过程中的问题。

在他脚下的这个新井场,蕴藏着35亿立方米的页岩气。但这里的气藏地质条件复杂、埋藏深,要把页岩气从地下数千米的石头缝里“挤出来”,难度可想而知。平均五、六千米的井深,需要马力十足的压裂设备。

“要从5000米深的石头缝里,把页岩气连续不断地挤出来,不仅需要压裂设备动力强劲,还得连续作业,产生源源不断的压力。”王继鑫说,“这就好比让一个人用百米的速度跑马拉松一样,是‘极限挑战’。”

由于传统压裂装备在北美浅层页岩气的“舒适区”工作,难以适应国内复杂的地质条件,更难以胜任高负荷、长时间的工作。想要页岩气开采提质增效,就要求压裂装备具备更大的承压能力和更持久的持续作业能力。受限于传统压裂装备的局限性,迫切需要自主研制“量体裁衣”的压裂设备。

回到工厂,王继鑫和团队给威远井场迅速量身定制了5000型电驱压裂设备,这就相当于把燃油车换成了电动车,启动快,动力强。

此前,杰瑞自主研发的全球体积最小、单机功率最大的“阿波罗”涡轮压裂车惊艳亮相,展示了“大国重器”的魅力。

随着页岩气田不断向深层、超深层挺进,施工环境逐步苛刻,尤其需要体积更小、性能更强的压力装备。此后,经过多次更新升级,8000型电驱压裂橇问世。这一装备在电机进气质量、油品清洁、智能控制等方面进行了创新升级,通过设备的全生命周期数字化、智能化运行,不仅可实现设备的预测性诊断,还极大地降低了井场施工劳动强度、降低作业成本,相当于3台传统柴驱压裂车的输出功率,可实现7x24小时连续不间断作业。小体积、大功率、高排量,成为油气田“007优秀打工人”,实现了对电驱压裂设备的重新定义。

智能制造,小帮手显大身手

智能化应用是大势所趋,也是传统石油工业转型升级的必由之路。但当前,我国油气工程装备制造业“大而不强”的问题依旧突出。因此不论从客户需求、产品研发到智能制造、终端应用等各环节,都需要智能化不断赋能。

为更好适应井场作业,研发团队决定进行颠覆式升级,为压裂设备打造更为强大的心脏,将以往动力端采用的分体式结构,升级成一体式。而装备升级也非易事,牵一发动全身,动力端一体化的改变意味着压裂设备138个零部件的设计都要推倒重来。

但现在,智能化设计系统已经颠覆了传统的产品设计模式。

“对于一台有着上千个零部件组成的复杂机械来说,定制化需求要调整设计的零部件和工艺流程多达上百个。此前,工程师按传统的设计方式,最快也要7天。现在我们只需要输入定制化的参数需求,系统经过运算,自动从模型库中抓取和这款产品相匹配的零部件模块,一天时间就完成三维模型的精准设计。”杰瑞设备设计师于晓说,“就像组装乐高一样,将现有模块和定制模块‘拼接组合’,工程师确认无误后,一键下单给生产部门。”

智能制造的“弹性”和“柔性”,恰好成为解决不确定性和复杂性的利器,可满足大规模个性化定制而不增加成本,有利于油气装备制造业快速提质增效、降低成本。

除研发环节外,在生产环节,为了满足客户和产品需求,杰瑞引进了一系列智能化设备——焊接机器人、凡尔体自动化生产线、旋塞阀装配产线、静电喷涂生产线等,成为自动化技术现代化的主要标志,也成为生产的好帮手。 “以焊接机器人为例,目前已实现了壳体焊接总量近70%的智能化焊接转换。同时,劳动生产率得到提高。可以整天24小时连续生产,相对于手工焊接效率提升200%。”杰瑞装备机械事业部生产制造中心经理方健说。

数字赋能,为装备安装智慧大脑

油气田数字化、智能化不断推进,但依然无法完全解决安全、效率和人员的问题:比如设备数据众多,调度维保困难,配件无法自动匹配造成储备不足或者储备过量。还有非计划停机造成作业损失;设备隐患或故障未能及时发现,造成安全事故、作业效率降低等。如何实现设备的全生命周期管理,通过推进作业施工的智能化水平,从而达到提质增效?

面对油气开采作业智能化、无人化的发展需求,杰瑞自主研制了一套“智慧大脑”——井场数字化集控指挥中心。其配备的一键压裂系统,可实现混砂、混配、供液、供砂四大系统的一键启动、协同作业,压裂整体效率可提升18%。

“傻瓜式”操作方式,油气田智能化甚至无人化将成为可能。

2022年9月,由杰瑞与中国石油西部钻探井下作业公司联合开发的雪豹一键压裂控制系统在新疆油田顺利通过国内首次远程压裂试验,开创了压裂远程指挥控制的先河,为智慧油气田建设和“数智化”转型贡献力量。

“现在一键压裂控制系统进行了智能升级,通过远程控制,现场监护,远程压裂施工,单井操作手由原先的8人降至3人,同时与高压区彻底隔离,安全性大大提升。中控室可精准控制现场所有设备,通过紧密配合,仪表岗实现了泵注、仪表、管汇操控三合一。操作岗实现了混砂、输砂、混配、液罐操控四合一,实施远程一键自检、一键供液、一键启停,压裂整体效率提升18%。” 杰瑞装备总裁史彦庆介绍说。

此外,杰瑞还自主开发了面向油服及相关领域的工业物联网平台,将知识图谱平台、数字孪生平台等深度集成,进行实时监控和预警。

“以前,造成作业压力波动异常的原因众多,需要依靠人的经验去判断,难以快速排查。现在,工程师通过云平台智慧大脑,迅速调取现场实时作业数据、设备运行信息,以及作业区的现场工艺。云平台系统结合上万条数字化的专家经验,1分钟内,就迅速给出诊断结果。”王继鑫说。

“借助智能化,我们有了很多传感器和数据分析模型,帮助我们了解这个设备实际在作业的时候,里面到底是什么样子。”王继鑫补充说。

智赋油气装备,驭数把握未来。史彦庆表示:“大力推动绿色低碳、能源行业与数字技术融合发展等技术攻关和成果转化,对于提升能源产业核心竞争力、保障国家能源安全、推动能源高质量发展具有重要意义。杰瑞将继续通过创新驱动,持续突破行业痛点,为我国储油增气、能源绿色高效开发贡献杰瑞智慧和杰瑞力量!”


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